Bis Anfang des 20. Jahrhunderts glaubte man, Zeit sei ein absoluter Wert. Aber nachdem Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) veröffentlicht hatte, wurde klar, dass Zeit ein eher subjektives Konzept ist und mit dem Beobachter zu tun hat, der sie misst. Und doch interpretierten viele die Zeit weiterhin so, als ob sie eine gerade Eisenbahnlinie wäre, auf der man sich nur vorwärts oder rückwärts bewegen kann. Was aber, wenn sich diese Bahnstrecke verzweigt oder sogar umlaufende Gleise hat, über die der Zug zum bereits passierten Bahnhof zurückkehrt? Mit anderen Worten, ist es möglich, in die Zukunft oder in die Vergangenheit zu reisen? Beginnend mit H.G. Wells' berühmtem Roman The Time Machine fantasieren Science-Fiction-Autoren über alles. Aber im wirklichen Leben kann man sich so etwas nicht vorstellen. Denn wenn jemand in Zukunft eine Zeitmaschine erfunden hätte, hätte er uns dann wirklich nicht vor der Bedrohung durch die COVID-19-Pandemie oder vor den schlimmen Folgen der globalen Erwärmung gewarnt? Aber niemand kam zu uns. Vielleicht lohnt es sich, die Zeit aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten?
Die Gesetze der Quantenwelt unterscheiden sich stark von denen, die wir direkt beobachten können
Die Quantenmechanik ist ein Abschnitt der theoretischen Physik, der physikalische Phänomene beschreibt, bei denen die Wirkung in ihrer Größe mit der Planck-Konstante vergleichbar ist.
Inhalt
- 1 Zeitablauf
- 2 Kann man in der Zeit zurückreisen?
- 3 Übergang zur Quantenebene
- 4 Der Zeitpfeil
- 5 Schlussfolgerungen
Der Lauf der Zeit < /h2>
Unser Zeitbegriff geht auf das von Isaac Newton beschriebene Bild zurück: Der Zeitpfeil bewegt sich nur vorwärts und nimmt uns jede Möglichkeit, in die Vergangenheit zurückzukehren. Gleichzeitig sagt die Allgemeine Relativitätstheorie, dass der Zeitverlauf für Beobachter in verschiedenen Gravitationsfeldern unterschiedlich ist.
Dies bedeutet, dass die Zeit an der Erdoberfläche langsamer fließt, da die Schwerkraft auf dem Planeten ist stärker als im Orbit. Und je stärker das Gravitationsfeld ist, desto größer ist dieser Effekt. Warum die Zeit oben auf dem Berg und am Strand unterschiedlich verläuft, erfährst du hier.
Es stellt sich heraus, dass Newtons Bewegungsgesetze der Idee der absoluten Position der Zeit im Raum ein Ende setzen und die Relativitätstheorie dieser Idee vollständig ein Ende setzt. Außerdem schreiben sie in ihrem Buch “Die kürzeste Zeitgeschichte” Physiker Stephen Hawking und Leonard Mlodinow, Zeitreisen sind möglich.
Das Cover des ausgezeichneten Buches von Stephen Hawking und Leonard Mlodinov, sehr empfehlenswert
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< p>Die Relativitätstheorie zeigt, dass es tatsächlich möglich ist, eine Zeitmaschine zu schaffen, die uns in die Zukunft transportieren kann. Nach seiner Entstehung müssen Sie nur noch hineingehen, eine Weile warten und dann hinausgehen – und feststellen, dass die Zeit auf der Erde anders verlief als für Sie. Das heißt, viel schneller. Natürlich besitzt niemand auf dem Planeten solche Technologien, aber ihr Erscheinen ist eine Frage der Zeit. Was braucht man schließlich, um eine solche Maschine zu erfinden?
Erstens sollte es auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigen (denken Sie daran, dass die Lichtgeschwindigkeit 300.000 km/s erreicht), und zweitens sollten wir uns an das berühmte Zwillingsparadox erinnern, mit dem Physiker versuchen, den Widerspruch der speziellen Theorie von . zu beweisen Relativität, die besagt, dass in Bezug auf & # 171; immer noch & # 187; Beobachter verlangsamen sich alle Prozesse in bewegten Objekten.
Gemäß der speziellen Relativitätstheorie (SRT) sind alle physikalischen Gesetze für alle frei beweglichen Beobachter gleich, unabhängig davon ihre Geschwindigkeit.
Albert Einstein hat vor 106 Jahren die Relativitätstheorie veröffentlicht.
Um ein wenig klar zu sein – diese Methode geht davon aus, dass die von Ihnen eingegebene Zeitmaschine abhebt, auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, sich eine Weile in diese Richtung bewegt (je nachdem, wie weit Sie in der Zeit vorwärts gehen) und dann zurückkehrt. Wenn die Reise endet und die Zeitmaschine verlässt, merkst du, dass für dich viel weniger Zeit vergangen ist als für alle Bewohner der Erde – du hast eine Reise in die Zukunft unternommen. Aber wenn wir die Zeit von nun an anders wahrnehmen, sagen Ihnen vielleicht die Gesetze der Physik, wie Sie in die Vergangenheit reisen können?
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< h2> Ist es möglich, in die Vergangenheit zu gehen?
Der erste Hinweis darauf, dass Menschen in der Zeit reisen können, kam 1949, als der österreichische Mathematiker Kurt Gödel eine neue Lösung für Einsteins Gleichungen fand. Oder eine neue Struktur der Raumzeit, die aus Sicht der Allgemeinen Relativitätstheorie zulässig ist.
Im Allgemeinen ist es bei Einsteins Gleichungen wichtig zu verstehen, dass sie vielen verschiedenen mathematischen Modellen des Universums genügen. Diese Modelle unterscheiden sich beispielsweise in Anfangs- oder Randbedingungen.
Und um zu verstehen, ob sie dem Universum entsprechen, in dem wir leben, müssen wir ihre physikalischen Vorhersagen überprüfen .
Übrigens, wenn Sie 'Zurück in die Zukunft' noch nicht rezensiert haben. – es ist an der Zeit)
Gödel wurde als Mathematiker berühmt dafür, dass er bewiesen hat, dass nicht alle wahren Aussagen bewiesen werden können, selbst wenn es darum geht, alle wahren Aussagen zum Beispiel mit einfacher Arithmetik zu beweisen. Daher kann Gödels Unvollständigkeitssatz, wie das Unschärfeprinzip, eine grundlegende Einschränkung unserer Fähigkeit sein, das Universum zu kennen und vorherzusagen.
Das Unschärfeprinzip ist ein von Heisenberg formuliertes Prinzip, das besagt: dass man nicht gleichzeitig Position und Geschwindigkeit des Teilchens bestimmen kann; je genauer wir das eine wissen, desto unsicherer ist das andere.
Interessanterweise hatte Gödels Raumzeit eine merkwürdige Eigenschaft: Das Universum drehte sich seiner Meinung nach als Ganzes. Aber Einstein war sehr verärgert, dass seine Gleichungen eine solche Lösung erlaubten. Die Allgemeine Relativitätstheorie sollte nach seinem Verständnis keine Zeitreisen zulassen. Gödels Gleichung entspricht jedoch nicht dem Universum, in dem wir leben, aber seine Arbeit ermöglichte es der Welt, die Zeit (und gleichzeitig das Universum) anders zu betrachten.
Raum-Zeit sind, wie Sie wissen, eng miteinander verbunden. Damit ist das Thema Zeitreisen mit dem Thema Reisen mit Geschwindigkeiten über 300.000 km/s, also Lichtgeschwindigkeit, verflochten. Und wenn es um Photonen geht, tritt die allgemeine Relativitätstheorie leider in den Hintergrund und die Quantenmechanik tritt an ihre Stelle.
Mehr darüber, was die Quantenmechanik studiert und vor allem wie, haben wir in . besprochen diesen Artikel empfehle ich zu lesen!
Übergang zur Quantenebene
Kürzlich zeigte ein Team von Physikern der Universitäten Wien, Bristol, der Balearen und des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI-Wien) wie sich Quantensysteme gleichzeitig entlang zweier entgegengesetzter Zeitpfeile (in der Zeit vorwärts und rückwärts) entwickeln können. . Mit anderen Worten, Quantensysteme können sich in der Zeit sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen .
Quantensysteme können sich in der Zeit sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen
Um zu verstehen warum, haben Wissenschaftler früher festgestellt, dass die Zeit nur eine Richtung kennt – vorwärts. Sie und ich müssen uns also an den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erinnern. Es besagt, dass in einem geschlossenen System die Entropie des Systems (d. h. das Maß der Unordnung und Zufälligkeit innerhalb des Systems) bleibt konstant oder nimmt zu.
Siehe auch: Gibt es Zeitreisen ohne Paradoxien?
Wenn unser Universum ein geschlossener Kreislauf ist , zu einem Gewirr gefaltet, kann seine Entropie nie abnehmen, was bedeutet, dass das Universum nie zu einem früheren Punkt zurückkehren wird. Aber was wäre, wenn der Zeitpfeil & # 171; aussehen würde & # 187; zu Phänomenen, bei denen die Entropieänderungen klein sind?
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist ein statistisches Gesetz, das im Durchschnitt für ein makroskopisches System gilt. In einem mikroskopischen System können wir sehen, wie sich das System auf natürliche Weise zu Situationen mit geringerer Entropie entwickelt, schreiben die Autoren der wissenschaftlichen Arbeit.
Julia Rubino, Forscherin an der University of Bristol und Erstautorin eines neuen Artikels, sagt dazu: „Angenommen, das Gas im Schiff nimmt zu Beginn nur die Hälfte auf. Stellen Sie sich dann vor, das Ventil, das es innerhalb der Hälfte des Gefäßes hielt, zu entfernen, damit sich das Gas jetzt im gesamten Gefäß frei ausdehnen kann.
Die Thermodynamik birgt viele Geheimnisse über unsere Welt und das Universum
Als Ergebnis werden wir sehen, dass sich die Teilchen frei im gesamten Volumen des Schiff. Im Laufe der Zeit wird das Gas das gesamte Schiff einnehmen. & # 171; Im Prinzip besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich null, dass das Gas irgendwann auf natürliche Weise zurückkehrt und die Hälfte des Gefäßes einnimmt, nur wird diese Wahrscheinlichkeit geringer, je mehr Partikel das Gas bilden & # 187; – erklärt Rubino.
Nicht verpassen: Ist Zeitreisen möglich?
Wenn es statt einer riesigen Menge Gas (bestehend aus Milliarden von Partikeln) nur drei Gaspartikel gäbe, könnten diese wenigen Partikel wieder im gleichen Teil des Schiffes, von dem aus sie ursprünglich gestartet sind. Das ist die Physik.
GR ermöglicht Zeitreisen in die Zukunft. Die Vergangenheit ist viel komplizierter
Dann folgt, wie Sie vielleicht vermutet haben, der zweite Hauptsatz der Thermodynamik – der sogenannte statistische Gesetz, der im Durchschnitt für ein makroskopisches System gilt. & # 171; In einem mikroskopischen System können wir sehen, wie sich das System auf natürliche Weise zu Situationen mit niedrigerer Entropie entwickelt & # 187; – stellen die Forscher fest.
Der Zeitpfeil
To Genauer zu verstehen, stellen wir fest, dass sich Physiker im Zuge einer neuen Studie über die Konsequenzen der Anwendung des oben beschriebenen Paradigmas im Quantenbereich gewundert haben. Nach dem Prinzip der Quantensuperposition , einzelne Einheiten (zum Beispiel Licht) können gleichzeitig in zwei Zuständen existieren, sowohl in Form von Wellen als auch in Form von Partikeln, die sich in der einen oder anderen Form manifestieren, je nachdem, was genau Sie testen.
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Rubinos Team untersuchte die Quantensuperposition mit einem Zustand, der sich zeitlich sowohl vorwärts als auch rückwärts entwickelt. Messungen haben gezeigt, dass sich das System meistens in der Zeit vorwärts bewegt. Ohne kleine Entropieänderungen könnte sich das System tatsächlich sowohl vorwärts als auch rückwärts entwickeln.
Die Zerstörung der Überlagerung des Staates bei der Interaktion mit der Umwelt im Laufe der Zeit Bild des Joint Quantum Institute
Wie hängen diese komplexen physikalischen Konzepte mit der realen menschlichen Erfahrung zusammen? Ist es endlich an der Zeit, für Ihre Zeitreise zu packen? Leider.
& # 171; Wir Menschen sind makroskopische Systeme. Wir können diese Quantenüberlagerungen von Zeitentwicklungen nicht wahrnehmen, sagt Rubino. Für uns schreitet die Zeit wirklich vorwärts. Vielleicht ist dies der Fall, wenn die Welt ein wenig unentschlossen ist.
Tatsächlich besteht die Welt auf der grundlegendsten Ebene aus Quantensystemen (die sich hin und her bewegen können). Ein tieferes Verständnis der Beschreibung des Zeitablaufs auf der Ebene dieser elementaren Komponenten könnte es Physikern ermöglichen, genauere Theorien zu ihrer Beschreibung zu formulieren und letztendlich ein tieferes Verständnis der physikalischen Phänomene der Welt, in der wir leben, zu gewinnen. < /p> < p>Lesen Sie noch mehr interessante Artikel über alles auf der Welt sowie über Zeitreisen und das Multiversum auf unserem Kanal in Yandex.Zen. Es werden regelmäßig Artikel veröffentlicht, die nicht auf der Seite sind!
Schlussfolgerungen
Allerdings sind sich nicht alle einig, dass die Unterscheidung zwischen makroskopisch und mikroskopisch klar ist. Laut Popular Mechanics sagt Ramakrishna Podila, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Clemson University in South Carolina, dass Vielteilchenstatistiken eine genauere Methode zur Beschreibung von Dingen sind als Einzelteilchenstatistiken.
Sogar ein Partikel hat seine eigenen einzigartigen Mikrozustände. Podila glaubt, dass wir in unserem Bestreben, die Zeit zu verstehen, Gleichungen über die physikalische Realität stellen – und den Punkt verfehlen.
Die Assoziation des Zeitpfeils mit der Entropie oder dem Kollaps eines quantenmechanischen Systems (wie im Artikel angedeutet) sind keine formalen Aussagen, sondern gängige Methoden, die einfach anzuwenden sind. Auch die Tatsache, dass sich die Zeit vorwärts bewegt, ist kein Axiom an sich, sondern eine Theorie, die der Astrophysiker Arthur Eddington 1927 erfunden und populär gemacht hat.
Zeit und Raum sind untrennbar miteinander verbunden, aber verstehen wir sie richtig?
Mehr zum Thema: Kann die Quantenmechanik die Existenz von Raum-Zeit erklären? < /p>
Vielleicht hat die Idee, dass Raum und Zeit zu einem ineinander verschlungenen Kontinuum verschmelzen, also eine Existenzberechtigung. Seit Albert Einstein die Relativitätstheorie formuliert hat, haben wir aufgehört, den Raum als dreidimensionale Figur wahrzunehmen, und die Zeit & # 8212; als eindimensional.
Die Zeit ist das vierte Element des vierdimensionalen Vektors, der Raum und Zeit beschreibt, & # 8212; sagt Rubino. Es ist eine einzelne, dynamische Einheit, über die wir immer noch rätseln.
Abschließend möchte ich den Lesern nicht nur für ihre Aufmerksamkeit danken, sondern auch noch einmal Wissenschaftler zitieren: „Obwohl die Zeit oft als ein kontinuierlich zunehmender Parameter angesehen wird, zeigen unsere Forschungen, dass die Gesetzmäßigkeiten ihres Flusses in quantenmechanischen Zusammenhängen sind viel komplexer. Dies kann bedeuten, dass wir überdenken müssen, wie wir diese Größe in all den Kontexten darstellen, in denen Quantengesetze eine entscheidende Rolle spielen.
Aufgrund der Quantensuperposition hat der Zeitverlauf in der Mikrowelt keine eindeutige Richtung – die Grenze zwischen Ursache und Wirkung verschwindet.
Lesen Sie die Volltext der wissenschaftlichen Arbeit in der Zeitschrift Nature … Übrigens, denken Sie, dass es möglich ist, in der Zeit zu reisen und was neue Forschungen uns über das Universum sagen? Wir warten hier sowie in den Kommentaren zu diesem Artikel auf die Antwort!